Lindab vékonyfalú acél szelvények méretezése DimRoof programmal
1.
A program célja A Lindab cég saját fejlesztésű statikai méretező programja alkalmas a cég által gyártott és forgalmazott vékonyfalú acél szelvényekből álló szerkezeti rendszerek számítására, úm. tetőhéjazati és falburkolati anyagok, födémlemezek és másodlagos teherhordó szerkezetek (tetőszelemen és falváz-gerenda).
2.
„Fájl” menü – fájlkezelő funkciók A fájlkezelő funkciók között a Windows-alkalmazásokban közismert lehetőségek közül választhatunk: – – – – –
3.
„Új” projekt indítása; „Megnyitás”: már elmentett projektek visszatöltése, megnyitása; ”Mentés” és „Mentés másként”: az új vagy módosított projektek mentése, tárolása; „Nyomtatás” : a kész számítás dokumentációjának kinyomtatása; „Kilépés” : a programból való kilépés (ahol mentés nélkül félbehagyott projektek elvesznek).
„Opciók” menü – felhasználói beállítások – „Nyelv” kiválasztása (magyar/angol/svéd/dán/norvég/cseh); – „Leírás/Ábra”: megjelenítő ablak tartalma: projekt információ/statikai váz terhekkel; – „Kalauz megjelenítése/elrejtése”: segítséget nyújtó leírás; – „Figyelmeztetések aktiválása”: figyelmeztető feliratok engedélyezése/letiltása.
1
4.
„Alapbeállítások” főablak
4.1
„Funkció” Ebben a legördülő menüben választható ki a méretezni kívánt szerkezeti elem funkciója. A funkció definiálásával a program a beépített adatbázisból az így megszűrt elemeket használja tovább. Négyféle funkció közül választhatunk: – – – –
4.2
Födém (trapézlemezek) Tetőhéjazat (trapézlemezek) Falburkolat (trapézlemezek) Z-gerenda (szelemen, falvázgerenda)
„Ország” A megfelelő ország kiválasztásával néhány, országtól függő egyedi méretezési szabály kerül figyelembevételre. Például a Skandináv országokban 3 ún. biztonsági osztály közül kell választani.
4.3
„Kód” (Méretezési szabványok) A program kétféle méretezési szabvány szerint számítja a rendszer ellenállásait és ellenőrzi azok megfelelőségét: – –
Svéd Szabvány (StBK-5: Swedish Code for Light-Gauge Metal Structures, 1982); és Eurocode 3 (ENV 1993-1-3: 1996: Design of Steel Structures, Part 1-3: General Rules – Supplementary rules for cold formed thin gauge members and sheeting)
szerint. Bizonyos további opciók függnek a szabványok definiálástól is, pl. EC3 esetén Z-gerendák számításához meg lehet adni támaszok között elhelyezett kiegészítő, oldalirányú megtámasztást biztosító rudakat is. Nagyon fontos a kiválasztott méretezési szabványhoz a megfelelő teherszabvány alkalmazása, harmonizációja! Magyarországon jelenleg hivatalosan érvényes méretezési eljárás szerint a Svéd szabványhoz az MSZ 15021 teherszabvány; míg az EC3-hoz az EC1 (MSZ ENV 1991) szabvány szerint felvett terhek és teherkombinációk használata szükséges. 5.
„Szerkezeti beállítások” főablak (Szerkezeti rendszerek, kialakítások definiálása)
5.1
„Szelvény” (A méretezni kívánt profil fajtája, elnevezése) A funkciótól függően felajánlott listából választandó ki a tartó keresztmetszete (trapézlemez vagy Zgerenda). A gyártott profilok anyagminősége adott keresztmetszet esetén egyértelműen meghatározott a Lindab termékskálája alapján. A legfontosabb paramétereket („H” szelvénymagasság, „fy” folyáshatár) az alábbiakban soroljuk fel, a pontosabb szelvénygeometriát és anyagjellemzőket a Lindab nyomtatott segédletei, útmutatói illetve prospektusai tartalmazzák.
2
Trapézlemezek (tetőhéjazat, falburkolat, födém együtt): – LTP20, LVP20, LLP20 (H=20mm; fy=250MPa t=0,4-0,5-0,6mmnél; fy=350MPa t=0,7mm-nél) – LV30, LVV30 (H=30mm; fy=250MPa t=0,5-0,6mm-nél; fy=350MPa t=0,7mm-nél) – LTP45, LVP45 (H=45mm; fy=250MPa t=0,5-0,6mm-nél; fy=350MPa t=0,7mm-nél) – LVP115 (H=115mm; fy=250MPa t=0,5-0,6mm-nél; fy=350MPa t=0,7mm-nél) – LTP77 (H=77mm; fy=320MPa) – LTP115 (H=115mm; fy=320MPa) – LTP135 (H=135mm; fy=320MPa) – LTP150 (H=150mm; fy=320MPa) Z-szelvényű gerendák (tetőszelemen, falvázgerenda): Z100-120-150-200-250-300-350 (H=100…350mm; fy=350MPa)
5.2
„Statikai rendszer” (Statikai váz kiválasztása) A számításban figyelembevett statikai modell minden esetben egyenes tengelyű gerendatartó (trapézlemeznél egységnyi széles sávot vesz figyelembe a szoftver). A legördülő menüből a már definiált funkcióhoz rendelt statikai vázak közül választható ki a megfelelő. Az alábbi statikai vázak közül választhatunk: Tetőhéjazat, falburkolat, födém és Z-gerenda funkcióban: – Kéttámaszú
– Folytatólagos
– Átfedéses
– Átfedéses standard
3
Födém és Z-gerenda funkcióban (az előzőeken túlmenően): – Gerber
– Gerber standard
5.3
„Oldalsó támasz” (csak Z-gerenda funkció esetén) Ez a csak a Z-gerenda funkcióban aktív opció nagyon fontos a szelemenek és falvázgerendák méretezésében, tekintettel a lehetséges globális stabilitásvesztési módra. Két választás létezik: – mindkét öv oldalirányban megtámasztott (a gerendára megfelelően rögzített trapézlemez-burkolat által); vagy – csak a felső (illetve falburkolatnál külső) öv megtámasztott. Mindkét övén megtámasztatlan, tehát oldalirányban szabadon elmozdulni képes tartók méretezésére a program nem használható!
5.4
Egyéb szerkezeti beállítások A további előforduló paraméterek: – „Elhelyezés”, amely lehet „Szokásos” vagy „Fordított”. Ez az opció csak trapézlemezeknél aktív (kivéve falburkolatot). A szokásos elhelyezés tetőhéjazat funkcióban azt jelenti, hogy a szélesebb öv fekszik fel a támaszra (szelemenre); míg födém funkcióban a keskenyebb öv. Fordított elhelyezés értelemszerűen a szokásos „megfordítása”. – „Átfedés” kiválasztásával lehetőség nyílik a trapézlemezek hullámainak oldalirányú többszörös átfedésére, ezáltal növelve a teherbírást. – „Gyártó”: bizonyos profilokat több Lindab leányvállalat is gyárt, kismértékű geometriai eltéréssel, ezért a méretezni kívánt szelvényhez definiálni kell a gyártó országot is (pl. Z-gerenda esetén Svédország vagy Magyarország). – „Lemez”: a Z-gerendák oldalirányú megtámasztását biztosító trapézlemez fajtája, amely a megtámasztó hatás „merevsége” miatt fontos. A jelenlegi verzió azonban elhanyagolja a trapézlemez hajlítási merevségéből származó összetevőt (a biztonság javára), ezért ennek a paraméternek nincs jelentősége. – „Csavar” nevű ablakban - csak a Z-gerendák méretezése esetén - lehet megadni az önfúró/önmetsző csavarok fajtáját, amelyek a lemezrögzítéshez, az esetleges átfedéshez valamint a támaszokhoz szükséges. A program meghatározza a kiválasztott csavarból szükséges darabszámot (ld. még 10.4 pontot).
4
6.
„Geometria” főablak (A statikai váz geometriai méreteinek definiálása) A „Geometria” főmenü alatt a korábban definiált statikai váz megfelelő méreteit kell táblázatos formában megadni (fesztáv, támaszszélesség, átfedési hosszak, csuklók pozíciói); valamint a profil vastagságát. A táblázat adatai soronként folyamatosan tölthetők ki, minden megkezdett új sor új nyílást eredményez. „Nyílás törlése” gombbal már beadott sor bármikor törölhető. Gyors adatbevitel lehetséges a fejléc alatti közvetlen sorban lévő alapértékek megadásával, amelyek felhasználásával az alsó sorban megadott nyílásszámot lehet azonnal előállítani a „Generálás” gomb megnyomásával. Utána pedig a táblázat bizonyos cellái (a kiválasztott statikai rendszertől függően) egyedileg módosíthatók. Fontos megjegyezni, hogy amennyiben a támaszszélesség értéke zérus, a program az ún. beroppanásvizsgálatot a támasz felett nem végzi el (ld. még a 9.3 pontot). Szintén statikai rendszertől, váztól függően a támaszok típusai is egyedileg továbbmódosíthatók. A támasztípusokat kis ikonok jelölik az alábbiak szerint: – C („continuous”): a támasz felett folytatólagosan átvezetett szelvény; – H („hinged”): csuklósan kialakított támasz; – O („overlap”): támasz felett átfedéssel kialakított szelvény.
7.
„Terhek” főablak (A mértékadó teherkombinációk megadása)
7.1
Teherféleségek A program „Terhek” ablakában a definiált statikai vázra 4-féle teherfajta és azok megfelelő paraméterei adhatók meg táblázatos formában: – U („uniform”): egyenletesen megoszló függőleges terhelés (trapézlemeznél kN/m2; Z-gerendánál kN/m mértékegységben), + előjellel lefelé hat; – L („linear”): lineárisan változó intenzitású terhelés (kN/m2 ill. kN/m mértékegységben), tetszőleges kezdőponttól tetszőleges végpontig megadható, + előjellel lefelé hat; – C („concentrated”): tartótengelyre merőleges koncentrált teher (kN/m ill. kN mértékegységben), a hosszirányú megoszlási hosszt meg kell adni, + előjellel lefelé hat; – A („axial”): tengelyirányú normálerő (KN/m ill. kN mértékegységben). Ez húzóerő (+ előjellel) minden esetben lehet, nyomóerő (–) csak korlátozásokkal (bizonyos statikai rendszereknél és Z-gerendáknál nem számítható).
A kitöltött sorok alapján a megfelelő teher ábrázolásra kerül a statikai vázon is. A „Teher törlése” gombbal teljes tehersor eltávolítható szerkesztés közben.
5
7.2
Teherkombinációk A „Terhek” ablak utolsó oszlopában kell megadni, hogy a definiált teherfajta milyen határállapotban történő vizsgálathoz szükséges: – ULS („ultimate limit state”): teherbírási határállapothoz történő vizsgálatokhoz használandó teher; – SLS („serviceability limit state”): használati/használhatósági határállapothoz történő vizsgálatokhoz (lehajlás) használandó teher; A program az összes „ULS”-sel illetve „SLS”-sel jelölt terhet egyben kezeli, szuperponálja (lineáris számítás!) és erre végzi el a teherbírási illetve a lehajlási vizsgálatot. Tehát a kétféle kombinációs érték meghatározása a teheresetekből (biztonsági és egyidejűségi/kombinációs tényezők alkalmazása) a felhasználó feladata! Ez egyben azt is jelenti, hogy ha több teherkombináció esetén szeretnénk lefuttatni ugyanazt a szerkezeti kialakítást (pl. lefelé és felfelé ható kombinációra is), azt a program kétszeri futtatásával lehet megtenni.
7.3
Egyéb funkciók a „Terhek” menüben A „Terhek” ablak bal alsó sorában található két kis ikon funkciója az alábbi: – A bal oldali (sárga hózugot ábrázoló) ikon bekapcsolása esetén a kijelölt tehersorral speciális opció, az ún. „Hózug-számítás” hajtható végre, azaz az adott teher intenzitása a gerendatartó síkjára merőleges irányban lineárisan változtatható. A funkció trapézlemezre és Z-gerendára is alkalmazható, de csak hosszirányban egyenletesen vagy lineárisan megoszló terhelés esetén (ld. a 11. fejezetet). – A másik, „SLS” feliratú ikon aktiválása az „Optimálás” funkcióval függ össze. Bekapcsolt állapotában az optimálás nem vonatkozik az „SLS”-sel jelölt terhekre, azaz a program az optimálást csak a teherbírási határállapotra hajtja végre (ld. még a 9.1 pontot).
8.
„Számítás” főablak (A lehajlás-vizsgálat paraméterei) Ebben a menüben az SLS-kombinációban meghatározott terhekre végrehajtott lehajlás-vizsgálat két bemenő adatát határozhatjuk meg. A számított lehajlási értékkel szembe állított követelményértéket, a lehajlási korlátot a támaszköz (L) függvényében (az osztót) meg kell adni, az alkalmazott méretezési szabvány előírásainak megfelelően definiálva. A „lehajlás típusa” legördülő ablakban kiválaszthatóan 3-féle lehet: – „Standard”: a szabad nyílás hossza alapján a nyílás közepén számítható lehajlás; – „Maximum”: az elméleti támaszköz alapján számítható maximális lehajlás; – „Nyílásközép”: a elméleti támaszköz alapján a nyílás közepén számítható lehajlás.
9.
Analízis és szabvány szerinti vizsgálatok
9.1
Számítás végrehajtása a programmal Az előzőekben leírt kiindulási paraméterek teljes definiálása után a számítás a „Számolás” elnevezésű gombbal hajtható végre. Amennyiben a kapott eredmény (ld. a 10. fejezetet) nem megfelelő, azaz valamelyik kihasználtság túllépi a 100%-ot vagy nagyon alatta marad (nincs kihasználva), lehetőség van a kiválasztott statikai rendszer, profiltípus és terhek mellett a szelvényvastagságok automatikus optimális kiosztására az „Optimál!” gomb megnyomásával. Mivel az eljárás teljesen matematikai optimum-keresésen alapul, a kapott „optimális” szelvényvastagságokat gyakorlati szempontok alapján érdemes revízió alá venni. Amennyiben a kiválasztott profil legnagyobb vastagságával sem érhető el megfelelő megoldás, a program jelzi.
6
9.2
Analízis háttere Amint arról már korábban is volt szó, a program egyszerű gerendatartó modellel dolgozik. Kizárólag a tartóra merőleges, függőleges síkban ható terhekre való számításokat végzi el. A keresztmetszetek hajlítási tengelye trapézlemezek esetén a hosszbordákra merőleges és a trapézlemez öveivel párhuzamos; a Z-gerendáknál pedig a hossztengelyre merőleges és az övekkel párhuzamos helyzetű (legalább egyik öve oldalirányban minden esetben folytonosan megtámasztott!). A lehajlások és az igénybevételek számításhoz alkalmazott lineáris analízis támaszközönként automatikusan 10 szakaszra bontott végeselemes gerendamodellel történik, az esetleges merevségi változások (pl. eltérő vastagságok, átfedés támasz felett) figyelembevételével. A különböző típusú lehajlások meghatározása a végeselemes analízis eredményének elméleti megfontolásokon alapuló, analitikus származtatásából történik.
9.3
Ellenállás/teherbírás meghatározása A 2-féle méretezési szabvány (Svéd szabvány és EC3-1-3) szerint végrehajtott számítások elméleti háttere megegyező, a vékonyfalú acél szelvények egyedi problémakörét veszi figyelembe. A végrehajtott teherbírási vizsgálatok a vonatkozó tönkremeneteli módnak megfelelően az alábbiakban foglalhatók össze: – effektív keresztmetszeti jellemzők alkalmazása (hosszirányú normálfeszültségek okozta horpadás figyelembevétele) – stabilitásvesztési tönkremeneteli módok figyelembevétele szilárdsági vizsgálatokban: • nyomatéki ellenállás erős tengely körül (+ alaki torzulással járó stabilitásvesztés figyelembevétele) • normálerővel szembeni ellenállás • nyírási ellenállás (+ nyírási horpadás figyelembevétele) • beroppanási ellenállás (+ koncentrált hatására bekövetkező lokális horpadások figyelembevétele) – erős interakció a tönkremeneteli módok között: • nyomaték-normálerő • nyomaték-nyírás • nyomaték-koncentrált erő
9.4
Figyelmeztető üzenetek A számítás lefuttatásakor bizonyos esetekben figyelmeztető üzenetek jelenhetnek meg a képernyőn, amelyek közül a két legfontosabbnak a jelentését foglaljuk össze az alábbiakban: – „A szerkezet nem járható!”: Tetőhéjazatként alkalmazott trapézlemezeknél fontos a járhatóság kérdése a tetőn történő szerelési, karbantartási munkák miatt. Definíció szerint járható a szelvény, amennyiben 2db 1kN intenzitású, egymástól 1m távolságra lévő, egyenként 100x100mm felületen megoszló teherre történő külön vizsgálatra (építési állapot) a szerkezet megfelel. – „Gyártási/szállíthatósági hossz túllépése!”: A program felhívja a figyelmet, amennyiben a megadott statikai vázban a Lindab-profilok hossza a gyártási hossznál nagyobbra adódik. Ekkor más statikai váz választása, vagy megfelelő helyszíni kapcsolat tervezése szükséges.
10.
„Eredmények” főablak
10.1 Maximális kihasználtságok A végrehajtott ellenőrzés gyors áttekintését szolgálja az „Eredmények” ablakban feltüntetett két %ban kifejezett maximális kihasználtsági érték: első a teherbírási határállapotban (ULS), második a használhatósági határállapotban (SLS). A megfelelő eredményt zöld színű cellában, a nem megfelelő (100%-nál nagyobb) értéket pedig figyelmeztető piros színű cellában adja meg a program.
7
Amennyiben a százalékos eltérés nem túl „nagy” (~30-40%), lehetőség van az „Optimál!” gomb megnyomásával az adott geometria, profilmagasság és teherelrendezés mellett a 100%-ot legjobban megközelítő szelvényvastagságok automatikus megkeresésére (ld. még a 9.1 pontot). 10.2 Relatív eredmények Az „Input” fül mellett lévő további fülek tartalmazzák részletesen az elvégzett vizsgálatok eredményeit. A „Relatív eredmények” fülre kattintva az összes vizsgálat kihasználtsági eredménye %-osan található meg táblázatos formában (igénybevétel/ellenállás arány). A maximális értéket kihasználtságok helyét és a kritikus vizsgálat típusát lehet itt nyomon követni. 10.3 Abszolút eredmények Az „Abszolút eredmények” fülben lévő táblázat számszerűen tartalmazza az összes vizsgálatnál kiszámított analízis-értéket (lehajlás, igénybevétel) és a megfelelő határértéket (lehajlási korlát, ellenállások). 10.4 Csavarok A „Csavarok” elnevezésű fülben az adatbevitelnél meghatározott típusú csavarokból az igénybevételek alapján kiszámított szükséges darabszámok vannak táblázatosan összefoglalva, külön a lemezek lerögzítéséhez, az átfedések kialakításához (ha van) valamint a támaszokhoz való rögzítéshez szükséges önfúró/önmetsző csavarokat (csak Z-gerenda esetén). 11.
Speciális alkalmazás: Hózug-számítás Mind tetőhéjazati trapézlemez, mind Z-gerenda tetőszelemen esetén lehetőség van a tartósíkra merőleges irányú teherváltozás figyelembevételére, ezáltal a méretezés kétdimenziós kiterjesztésére.
11.1 Adatbevitel Első lépésként egy vonalmenti gerenda összes – előzőekben részletezett – geometriai és szerkezeti paramétereit kell meghatározni (statikai váz, fesztáv, profil, egyéb szerkezeti beállítások), mert ezek állandóak lesznek a merőleges irányban egymás mellé sorolt tartóknál. Második lépésben a „Terhek” ablakban be kell jelölni a merőleges értelemben változó teherrészt (a hóterhet el kell különíteni az egyéb, pl. önsúly-terhektől). (Ld. még 7.3 pontot.) Következő lépésként a „Geometria” ablak fejlécének végén lévő „Hózug” gomb megnyomásával jutunk el a további adatbeviteli ablakba. Itt attól függően kell az újabb geometriai és teherparamétereket megadni, hogy trapézlemezt vagy Z-gerendákat számolunk. Trapézlemez esetén a teljes szerkezetet ún. sávokra bontja a program. A sáv szélessége az adott szelvény fedőszélességének 1-, 2- vagy 3-szorosa lehet. Meg kell adni a szerkezet „Számítási hosszát (L)”, azaz a merőleges értelemben figyelembevenni kívánt szakaszt, és a program meghatározza a lefedéshez szükséges sávok számát. A merőlegesen változó teher szorzóit (m1, m2, m3) és elhelyezését (s) a felhasználó definiálja. A vastagságok sávokra bontva szerkeszthetők a táblázatban. Z-gerenda esetén rögtön induláskor meg kell adni a gerendák kiindulási távolságát egymástól, ami által a program a vonalmenti terhet visszaszámolja felületen megoszló terhekké. Itt is meg kell adni a szerkezet „hosszát (L)” és a maximális kiosztási távolságot. Gerendák bármikor beszúrhatóak illetve
8
törölhetők az új táblázatban, a pozíciók illetve a távolságok egyedileg szerkeszthetők. A merőlegesen változó teher szorzóit (m1, m2, m3) és elhelyezését (s) a trapézlemezhez hasonlóan definiálni kell.
11.2 Hózug-számítás végrehajtása Az összes lemezsáv illetve Z-gerendasor számításához a „Számolás” gombot kell megnyomni (a „Hózug” ablakban maradva!). A számítás eredményeképpen az összes szerkezeti elemre (sávra, gerendasorra) egyenként előáll a 10. fejezetben ismertetett összes eredmény-táblázat, amelyet a táblázatok felett lévő gördítősáv segítségével lehet végignézni. Hózug-számítás esetén is lehetőség van optimalizálásra. A „Hózug” ablakból indított „Optimál!” gomb lenyomásával a szerkezet síkra merőleges irányú optimálását végzi el a program, ami trapézlemezek esetén a sávot alkotó lemezek vastagságának és darabszámának (egymásra-helyezés lehetséges!) optimális előállításával éri el a legjobb kihasználtságot; míg a Z-gerenda esetén a vastagságok változatlan figyelembevétele mellett a gerendák kiosztását, egymástól való távolságát igazítja a változó teherintenzitáshoz igazítva. Az automatikusan előállított „elméleti” eredmény minkét esetben „gyakorlati” szempontok szerint felülbírálható és leellenőrizhető.
Lindab Kft. 2004. október
9
